Dokazano je da komponente za zaštitu crpki štite crpke od pijeska i produžuju radni vijek ESP-ova u nekonvencionalnim bušotinama. Ovo rješenje kontrolira povratni tok frak pijeska i drugih krutih tvari koje mogu uzrokovati preopterećenja i zastoje. Omogućujuća tehnologija uklanja probleme povezane s nesigurnošću raspodjele veličine čestica.
Kako se sve više i više naftnih bušotina oslanja na ESP, produljenje vijeka trajanja sustava električnih uronjenih pumpi (ESP) postaje sve važnije. Radni vijek i izvedba pumpi s umjetnim podizanjem osjetljivi su na krutine u proizvedenim tekućinama. Radni vijek i izvedba ESP-a značajno su se smanjili s povećanjem krutih čestica. Osim toga, krutine povećavaju vrijeme zastoja u bušotini i učestalost remonta potrebne za zamjenu ESP-a.
Čvrste čestice koje često prolaze kroz pumpe za umjetno dizanje uključuju pijesak od formacije, propante za hidrauličko frakturiranje, cement i erodirane ili korodirane metalne čestice. Tehnologije u bušotinama dizajnirane za odvajanje krutih tvari kreću se od niskoučinkovitih ciklona do visokoučinkovite 3D žičane mreže od nehrđajućeg čelika. Vrtložni desanderi pijeska u bušotinama koriste se u konvencionalnim bušotinama desetljećima, a prvenstveno se koriste za zaštitu crpki od velikih čestica tijekom proizvodnje. Međutim, nekonvencionalne bušotine podložne su povremenom strujanju, što rezultira time da postojeća tehnologija vrtložnog separatora u bušotini radi samo povremeno.
Predloženo je nekoliko različitih varijanti kombiniranih sita za kontrolu pijeska i vrtložnih desperandera u bušotini za zaštitu ESP-ova. Međutim, postoje nedostaci u zaštiti i proizvodnim performansama svih crpki zbog nesigurnosti u distribuciji veličine i volumenu krutih tvari proizvedenih u svakoj bušotini. Nesigurnost povećava duljinu komponenti za kontrolu pijeska, čime se smanjuje dubina na koju se ESP može postaviti, ograničavajući potencijal opadanja ESP-ovog rezervoara i negativno utječući na Ekonomičnost bušotine. U nekonvencionalnim bušotinama preferiraju se dublje dubine postavljanja. Međutim, upotreba uređaja za uklanjanje pijeska i sidara s muškim čepom za vješanje dugih, krutih sklopova za kontrolu pijeska u dijelovima zaštitnog kućišta s ograničenim ESP MTBF poboljšanjima zbog jakog izobličenja. Korozija unutarnje cijevi još je jedan aspekt ovog dizajna koji nije adekvatno procijenjen.
Autori rada iz 2005. predstavili su eksperimentalne rezultate separatora pijeska u bušotini temeljenog na ciklonskoj cijevi (Slika 1), koji je ovisio o djelovanju ciklona i gravitaciji, kako bi pokazali da učinkovitost separacije ovisi o viskoznosti nafte, brzini protoka i veličini čestica. Oni pokazuju da učinkovitost separatora uvelike ovisi o krajnjoj brzini čestica. Učinkovitost separacije opada sa smanjenjem brzine protoka, smanjenjem povećanje veličine čvrstih čestica i povećanje viskoznosti ulja, Slika 2. Za tipični ciklonski cijevni separator u bušotini, učinkovitost odvajanja pada na ~10% kako veličina čestica pada na ~100 µm.Osim toga, kako se protok povećava, vrtložni separator je podložan eroziji trošenja, što utječe na vijek trajanja strukturnih komponenti.
Sljedeća logična alternativa je korištenje 2D zaslona za kontrolu pijeska s definiranom širinom proreza. Veličina i distribucija čestica važna su razmatranja pri odabiru sita za filtriranje krutih tvari u konvencionalnoj ili nekonvencionalnoj proizvodnji iz bušotina, ali mogu biti nepoznata. Krutine mogu potjecati iz ležišta, ali mogu varirati od pete do pete;alternativno, sito će možda trebati filtrirati pijesak od hidrauličkog frakturiranja. U svakom slučaju, trošak prikupljanja krutih tvari, analize i testiranja može biti previsok.
Ako 2D zaslon cijevi nije ispravno konfiguriran, rezultati mogu ugroziti ekonomičnost bušotine. Premali otvori za pijesak mogu rezultirati preranim začepljenjem, gašenjem i potrebom za popravnim popravkom. Ako su preveliki, dopuštaju krutim tvarima da slobodno uđu u proizvodni proces, što može nagrizati cijevi za naftu, oštetiti pumpe za umjetno podizanje, isprati površinske prigušnice i ispuniti površinske separatore, zahtijevajući pjeskarenje i odlaganje. .Ova situacija zahtijeva jednostavno, isplativo rješenje koje može produžiti vijek trajanja crpke i pokriti široku distribuciju veličina pijeska.
Kako bi se zadovoljila ova potreba, provedena je studija o upotrebi sklopova ventila u kombinaciji sa žičanom mrežom od nehrđajućeg čelika, koja je neosjetljiva na rezultirajuću raspodjelu krutih tvari. Studije su pokazale da žičana mreža od nehrđajućeg čelika s promjenjivom veličinom pora i 3D strukturom može učinkovito kontrolirati krutine različitih veličina bez poznavanja raspodjele veličine čestica dobivenih krutih tvari. 3D žičana mreža od nehrđajućeg čelika može učinkovito kontrolirati zrnca pijeska svih veličina, bez potreba za dodatnom sekundarnom filtracijom.
Sklop ventila montiran na dnu sita omogućuje nastavak proizvodnje dok se ESP ne izvuče van. Sprječava ESP da se dohvati odmah nakon što je sito premošteno. Rezultirajući zaslon za kontrolu ulaznog pijeska i sklop ventila štite ESP-ove, pumpe za dizanje šipke i dovršetke za dizanje plina od krutih tvari tijekom proizvodnje čišćenjem protoka tekućine i pruža troškovno učinkovito rješenje za produljenje vijeka trajanja pumpe bez potrebe za prilagođavanjem karakteristika rezervoara za različite situacije.
Prva generacija dizajna zaštite crpke. Zaštitni sklop crpke koji koristi rešetke od vune od nehrđajućeg čelika postavljen je u gravitacijsku drenažnu bušotinu potpomognutu parom u zapadnoj Kanadi kako bi zaštitio ESP od krutih tvari tijekom proizvodnje. Sita filtriraju štetne krutine iz proizvodne tekućine dok ulazi u proizvodni niz. Unutar proizvodnog niza, tekućine teku do ulaza ESP-a, gdje se pumpaju na površinu. Pakeri se mogu pokrenuti između sita i ESP-a kako bi se osigurala zonska izolacija između proizvodne zone i gornje bušotine.
Tijekom vremena proizvodnje, prstenasti prostor između sita i kućišta nastoji se premostiti pijeskom, što povećava otpor protoku. Na kraju, prstenasti prostor se potpuno premošćuje, zaustavlja protok i stvara razliku tlaka između bušotine i proizvodnog niza, kao što je prikazano na slici 3. U ovoj točki, tekućina više ne može teći u ESP i niz za završetak mora se povući.Ovisno o brojnim varijablama koje se odnose na proizvodnju krutih tvari, trajanje potrebno za zaustavljanje protoka kroz most krutih tvari na zaslonu može biti kraće od trajanja koje bi omogućilo ESP-u da pumpa tekućinu napunjenu krutim tvarima u srednjem vremenu između kvarova na tlo, tako da je razvijena druga generacija komponenti.
Druga generacija zaštitnog sklopa crpke. PumpGuard* zaslon za kontrolu pijeska na ulazu i sustav sklopa ventila obješeni su ispod REDA* pumpe na slici 4, primjer nekonvencionalnog završetka ESP-a. Nakon što bušotina počne proizvoditi, sito filtrira krutine u proizvodnji, ali će se početi polako premošćivati ​​s pijeskom i stvarati razliku tlaka. Kada ovaj diferencijalni tlak dosegne postavljeni tlak pucanja ventila, ventil se otvara, dopuštajući tekućini da teče izravno u niz cijevi na ESP. Ovaj protok izjednačava razliku tlaka preko sita, labaveći stisak vreća s pijeskom na vanjskoj strani sita. Pijesak može slobodno izbiti iz prstena, što smanjuje otpor protoka kroz sito i omogućuje nastavak protoka. Kako diferencijalni tlak pada, ventil se vraća u svoj zatvoreni položaj i normalni uvjeti protoka se nastavljaju. Ponavljajte ovaj ciklus dok ne bude potrebno izvući ESP iz rupe za servisiranje. Kućište studije istaknute u ovom članku pokazuju da je sustav u stanju značajno produljiti životni vijek crpke u usporedbi sa pokretanjem samog probirnog dovršetka.
Za nedavnu instalaciju uvedeno je troškovno rješenje za izolaciju područja između žičane mreže od nehrđajućeg čelika i ESP-a. Čašičasti paker okrenut prema dolje montiran je iznad sitastog dijela. Iznad čašastog pakera, dodatne središnje perforacije cijevi osiguravaju put protoka za proizvedenu tekućinu koja migrira iz unutrašnjosti sita u prstenasti prostor iznad pakera, gdje tekućina može ući u ESP ulaz.
Mrežasti filtar od nehrđajućeg čelika odabran za ovo rješenje nudi nekoliko prednosti u odnosu na vrste 2D mreža koje se temelje na prazninama. 2D filtri se primarno oslanjaju na čestice koje obuhvaćaju praznine filtera ili proreze za izradu vreća s pijeskom i osiguravanje kontrole pijeska. Međutim, budući da se za zaslon može odabrati samo jedna vrijednost razmaka, zaslon postaje vrlo osjetljiv na distribuciju veličine čestica proizvedene tekućine.
Nasuprot tome, debeli mrežasti sloj filtara od nehrđajućeg čelika pruža visoku poroznost (92%) i veliko otvoreno područje protoka (40%) za proizvedenu tekućinu iz bušotine. Filtar je konstruiran komprimiranjem mreže od flisa od nehrđajućeg čelika i omotavanjem izravno oko perforirane središnje cijevi, a zatim ga inkapsulira unutar perforiranog zaštitnog poklopca koji je zavaren na središnju cijev na svakom kraju. Raspodjela pora u mrežastom sloju, ne- ujednačena kutna orijentacija (u rasponu od 15 µm do 600 µm) omogućuje bezopasnim sitnim česticama da teku duž 3D staze protoka prema središnjoj cijevi nakon što su veće i štetne čestice zarobljene unutar mreže. Ispitivanje zadržavanja pijeska na uzorcima ovog sita pokazalo je da filtar održava visoku propusnost jer se tekućina stvara kroz sito. Učinkovito, ovaj filtar jedne veličine može podnijeti sve distribucije veličine čestica proizvedenih tekućina na koje se naišlo. Ovo sito od vune od nehrđajućeg čelika razvio je veliki operater 1980-ih posebno za samostalne dovršetke sita u rezervoarima stimuliranim parom i ima opsežnu evidenciju uspješnih instalacija.
Sklop ventila sastoji se od ventila s oprugom koji omogućuje jednosmjerni protok u niz cijevi iz proizvodnog područja. Podešavanjem prednaprezanja zavojne opruge prije ugradnje, ventil se može prilagoditi za postizanje željenog tlaka pucanja za primjenu. Tipično, ventil se postavlja ispod žičane mreže od nehrđajućeg čelika kako bi se osigurao sekundarni put protoka između rezervoara i ESP-a. U nekim slučajevima, više ventila i mreža od nehrđajućeg čelika rade u seriji , pri čemu srednji ventil ima niži tlak pucanja od najnižeg ventila.
Tijekom vremena, čestice formacije ispunjavaju prstenasto područje između vanjske površine zaslona sklopa zaštitnika crpke i stijenke proizvodnog kućišta. Kako se šupljina puni pijeskom i čestice konsolidiraju, pad tlaka preko vreće s pijeskom se povećava. Kada taj pad tlaka dosegne unaprijed postavljenu vrijednost, konusni ventil se otvara i omogućuje protok izravno kroz ulaz crpke. U ovoj fazi, protok kroz cijev može razbiti prethodno konsolidirani pijesak duž ex Zbog smanjene razlike tlaka, protok će se nastaviti kroz sito i usisni ventil će se zatvoriti. Stoga crpka može vidjeti protok izravno iz ventila samo kratko vrijeme. To produljuje životni vijek crpke, budući da većinu protoka čini tekućina filtrirana kroz sito od pijeska.
Zaštitni sustav crpke radio je s pakerima u tri različite bušotine u slivu Delaware u Sjedinjenim Američkim Državama. Glavni cilj je smanjiti broj pokretanja i zaustavljanja ESP-a zbog preopterećenja povezanih s pijeskom i povećati dostupnost ESP-a radi poboljšanja proizvodnje. Sustav zaštite pumpe suspendiran je s donjeg kraja ESP niza. Rezultati naftne bušotine pokazuju stabilne performanse pumpe, smanjene vibracije i intenzitet struje te tehnologiju zaštite pumpe. Nakon ugradnje novog sustava, pijesak i krutine povezano vrijeme zastoja smanjeno je za 75%, a radni vijek crpke povećan za više od 22%.
Bušotina. ESP sustav instaliran je u novoj bušotini za bušenje i lomljenje u okrugu Martin, Teksas. Vertikalni dio bušotine je otprilike 9000 stopa, a horizontalni dio se proteže do 12 000 stopa, izmjerena dubina (MD). Za prva dva završetka, sustav vrtložnog separatora pijeska u bušotini sa šest priključaka cijevi ugrađen je kao sastavni dio završetka ESP. Za dvije uzastopne instalacije koristeći isti tip separatora pijeska, uočeno je nestabilno ponašanje radnih parametara ESP-a (intenzitet struje i vibracija). Analizom rastavljanja povučene ESP jedinice utvrđeno je da je sklop vrtložnog separatora plina začepljen stranom tvari, za koju je utvrđeno da je pijesak jer nije magnetičan i ne kemijski reagira s kiselinom.
U trećoj ESP instalaciji, žičana mreža od nehrđajućeg čelika zamijenila je separator pijeska kao sredstvo ESP kontrole pijeska. Nakon ugradnje novog sustava zaštite crpke, ESP je pokazao stabilnije ponašanje, smanjujući raspon fluktuacija struje motora od ~19 A za instalaciju #2 do ~6,3 A za instalaciju #3. Vibracije su stabilnije i trend je smanjen za 75%. Pad tlaka također je bio stabilan, oscilirajući vrlo malo u usporedbi s prethodnu instalaciju i dobio dodatnih 100 psi pada tlaka. ESP isključenja zbog preopterećenja smanjena su za 100% i ESP radi s niskim vibracijama.
Bušotina B. U jednoj bušotini u blizini Eunicea, Novi Meksiko, druga nekonvencionalna bušotina imala je instaliran ESP, ali nije imala zaštitu pumpe. Nakon početnog pada pokretanja, ESP je počeo pokazivati ​​nepravilno ponašanje. Fluktuacije struje i tlaka povezane su sa skokovima vibracija. Nakon održavanja ovih uvjeta 137 dana, ESP je otkazao i instaliran je zamjenski. Druga instalacija uključuje novi sustav zaštite pumpe s istom ESP konfiguracijom. Nakon što je bušotina nastavila s proizvodnjom , ESP je radio normalno, sa stabilnom amperažom i manje vibracija. U vrijeme objavljivanja, drugi ciklus ESP-a dosegnuo je više od 300 dana rada, što je značajno poboljšanje u odnosu na prethodnu instalaciju.
Bušotina C. Treća instalacija sustava na licu mjesta bila je u Mentoneu, Texas, od strane tvrtke specijalizirane za naftu i plin koja je iskusila prekide rada i kvarove ESP-a zbog proizvodnje pijeska i željela je poboljšati vrijeme rada pumpe. Operateri obično pokreću separatore pijeska u bušotini s oblogom u svakoj ESP bušotini. Međutim, nakon što se košuljica napuni pijeskom, separator će dopustiti pijesku da teče kroz dio pumpe, nagrizajući stupanj pumpe, ležajeve i osovinu, što dovodi do gubitka uzgona. Nakon pokretanja novog sustava sa zaštitnikom crpke, ESP ima 22% duži radni vijek sa stabilnijim padom tlaka i boljim vremenom rada vezanim uz ESP.
Broj isključenja zbog pijeska i krutih tvari tijekom rada smanjio se za 75%, s 8 događaja preopterećenja u prvoj instalaciji na dva u drugoj instalaciji, a broj uspješnih ponovnih pokretanja nakon isključivanja zbog preopterećenja povećao se za 30%, s 8 u prvoj instalaciji.Ukupno 12 događaja, odnosno ukupno 8 događaja, izvedeno je u sekundarnoj instalaciji, smanjujući električno opterećenje na opremi i produžujući radni vijek ESP-a.
Slika 5 prikazuje iznenadno povećanje signala usisnog tlaka (plavo) kada je mreža od nehrđajućeg čelika blokirana, a sklop ventila otvoren. Ovaj potpis tlaka može dodatno poboljšati učinkovitost proizvodnje predviđanjem kvarova ESP-a povezanih s pijeskom, tako da se mogu planirati operacije zamjene s opremom za remont.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, "Eksperimentalna analiza vrtložne cijevi kao uređaja za desander u bušotini", SPE Paper 94673-MS, predstavljen na SPE konferenciji naftnog inženjerstva Latinske Amerike i Kariba, Rio de Janeiro, Brazil, 20. lipnja - 23. veljače 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS .
Ovaj članak sadrži elemente iz SPE dokumenta 207926-MS, predstavljenog na Međunarodnoj naftnoj izložbi i konferenciji u Abu Dhabiju u Abu Dhabiju, UAE, od 15. do 18. studenog 2021.
Svi materijali podliježu strogo važećim zakonima o autorskim pravima, molimo pročitajte naše Uvjete i odredbe, Politiku kolačića i Politiku privatnosti prije korištenja ove stranice.